CHƢƠNG 3 : CẤU TRÚC HỆ THỐNG UMTS
3.1 CẤU TRÚC MẠNG WCDMA
Cấu trúc mạng 3G WCDMA có thể đƣợc mơ hình hóa theo nhiều cách khác nhau. Ở đây sẽ giới thiệu một số cấu trúc mạng cơ bản bao gồm:
- Mơ hình khái niệm. - Mơ hình cấu trúc.
- Cấu trúc quản lý tài nguyên. - Cấu trúc dịch vụ mạng UMTS.
3.1.1 Mơ hình khái niệm:
Theo quan điểm này, cấu trúc mạng đƣợc phân thành các hệ thống con dựa trên cấu trúc thủ tục, lƣu lƣợng cũng nhƣ các phần tử vật lý.Mạng 3G bao gồm hai khối chức năng chính: khối chức năng chuyển mạch gói (PS) và khối chức năng chuyển mạch kênh (CS).Các giao diện là phƣơng tiện để các khối chức năng giao tiếp với nhau. Dựa trên cấu trúc thủ tục và nhiệm vụ của chúng, mơ hình mạng 3G đƣợc chia thành hai tầng: tầng truy cập và tầng không truy cập.
- Tầng truy cập bao gồm các thủ tục xử lý giao tiếp giữa thiết bị ngƣời sử dụng (UE) với mạng truy cập.
- Tầng không truy cập chứa các thủ tục xử lý giao tiếp giữa UE với mạng lõi (khối chức năng CS/PS) tƣơng ứng.
Mạng thƣờng trú chứa các thông tin đăng ký và thông tin bảo mật.Mạng phục vụ là một phần của mạng lõi.Mạng truyền tải là phần mạng lõi thực hiện kết nối thông tin giữa mạng phục vụ với các mạng bên ngồi.
Tầng khơng truy cập USIM Thiết bị M ạng di động truy cập Tầng truy cập Cu Uu Mạng thƣờng trú Miền CS Mạng Mạng truyền phục vụ dẫn Miền PS Iu Yu Miền mạng lõi
M iền thiết bị ngƣời sử dụng M iền cấu trúc mạng
Hình 3.7 Mơ hình khái niệm mạng WCDMA.
3.1.2 Mơ hình cấu trúc
Hệ thống WCDMA đƣợc xây dựng trên cơ sở mạng GPRS.Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy cập vơ tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng tồn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS, cịn mạng truy cập vơ tuyến là phần nâng cấp của WCDMA.Ngồi ra để hồn thiện hệ thống, trong WCDMA cịn có thiết bị ngƣời sử dụng (UE) thực hiện giao diện ngƣời sử dụng với hệ thống.
Hình 3-8 Mơ hình cấu trúc hệ thống UMTS.
WCDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực thông tin di động, nó sẽ là cơng nghệ xây dựng cơ sở hạ tầng và kiến trúc mạng tế bào của hầu hết mạng 3G trên thế giới, hình thành kết nối giữa thiết bị di động của ngƣời sử dụng cùng với mạng lõi.
Từ hình 3-9 dƣới đây ta thấy mạng thơng tin di động thế hệ 3 WCDMA gồm hai phần mạng: mạng lõi và mạng truy cập vô tuyến.
M ạng đƣờng trục PSTN/ISDN PLMN AuC PDN HLR IWF GMSC EIR GGSN VLR MSC SGSN M ạng lõi Iucs Iups RNC Iur RNC NB NB NB NB NB NB TE M T TE M T M ạng truy cập vơ tuyến
Hình 3.9 Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA.
UE (User Equipment).
Thiết bị ngƣời sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣời sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần:
- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến đƣợc sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh chứa thơng tin nhận dạng của th bao, nó thực hiện các thuật tốn nhận thực, lƣu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network).
Mạng truy cập vơ tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy cập vô tuyến.UTRAN gồm hai phần tử :
- Nút B:Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu.Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
- Bộ điều khiển mạng vơ tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợc kết nối với nó). RNC cịn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
CN (Core Network).
Các phần tử chính của mạng lõi như sau:
chính về lý lịch dịch vụ của ngƣời sử dụng. Các thông tin này bao gồm : Thông tin về các dịch vụ đƣợc phép, các vùng không đƣợc chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung nhƣ: trạng thái chuyển hƣớng cuộc gọi, số lần chuyển hƣớng cuộc gọi.
- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó.MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh.VLR có chức năng lƣu giữ bản sao về lý lịch ngƣời sử dụng cũng nhƣ vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.
- GMSC (Gateway MSC): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng kết nối với mạng ngoài.
- SGSN (Servicing GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS (dịch vụ vơ tuyến gói chung) đang phục vụ, có chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợc sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS cổng, có chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Để kết nối MSC với mạng ngồi cần có thêm phần tử làm chức năng tƣơng tác mạng (IWF)Ngồi mạng lõi cịn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động nhƣ: HLR, AuC và EIR.
Các mạng ngoài.
- Mạng CS: Mạng đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
Ví dụ: Mạng ISDN, PSTN.
- Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Ví dụ: mạng Internet.
Các giao diện vô tuyến.
- Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.
- Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
- Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC.Iub đƣợc tiêu chuẩn hóa nhƣ là một giao diện mở hồn tồn.
3.1.3 Cấu trúc quản lý tài nguyên
Cấu trúc quản lý tài nguyên dựa trên cơ sở phân chia các chức năng quản lý chủ yếu sau:
- Quản lý kết nối (CM): bao gồm tất cả các thủ tục, các chức năng liên quan đến việc quản lý kết nối của ngƣời sử dụng.
- Quản lý di động (MM): gồm tất cả các chức năng , các thủ tục quản lý di động và bảo mật nhƣ các thủ tục bảo mật kết nối, các thủ tục cập nhật vị trí.
- Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM): bao gồm các thủ tục thực hiện việc quản lý tài nguyên vô tuyến (điều khiển công suất, chuyển giao và điều khiển tải hệ thống).
Điều khiển thông tin
CM CM
Điều khiển di động Điều khiển di động
MM MM MM
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
RRM RRM
Giao diện mở Uu Giao diện mở Iu
UE UTRAN CN
NMS
Hình 3-10 Cấu trúc quản lý tài nguyên.
Các chức năng điều khiển đƣợc kết hợp với nhóm các dịch vụ điều khiển sau: - Điều khiển thơng tin (COMC):duy trì các cơ chế nhƣ điều khiển cuộc gọi, điều khiển phiên trong chuyển mạch gói.
- Điều khiển di động (MOBC):duy trì điều khiển cập nhật vị trí và bảo mật. - Điều khiển tài ngun vơ tuyến (RRC):thực hiện chức năng quản lý thiết lập kết nối vơ tuyến và duy trì kết nối giữa UE với UTRAN.
3.1.4 Cấu trúc dịch vụ UMTS:
Hệ thống 3G đƣợc xây dựng theo định hƣớng dịch vụ nhiều hơn so với mạng thông tin di động truyền thống. Theo quan điểm dịch vụ, mơ hình mạng 3G có dang nhƣ sau:
LỚP DỊCH VỤ Quản LỚP TẠO DỊCH VỤ lý LỚP PHẦN TỬ MẠNG mạng LỚP TRUYỀN TẢI VẬT LÝ Chức năng bảo mật Hình 3-11 Cấu trúc dịch vụ.
Lớp thấp nhất là nền tảng cho các lớp còn lại là lớp truyền tải vật lý.Các nút sử dụng phƣơng tiện truyền tải vật lý hình thành một lớp gọi là lớp phần tử mạng.Lớp thứ ba chứa các phần tử và chức năng tạo ra mỗi khối chức năng trong đó hình thành các dịch vụ phục vụ ngƣời sử dụng đầu cuối.Lớp dịch vụ ở trên cùng trong mơ hình dịch vụ tạo ra ngữ cảnh cho các dịch vụ phức tạp.